Г.В. Ильиных ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Управление бытовыми и промышленными отходами
УДК 504.064.47
Г.В. Ильиных
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА
ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ
СИСТЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ
Исследование морфологического состава твердых бытовых отходов в настоящее время в нашей стране при разработке мероприятий по их использованию
и обезвреживанию скорее исключение, нежели правило. Между тем эти данные
обладают исключительной значимостью при выполнении подобных проектов в
области санитарной очистки и удаления ТБО, так как определяют эффективность
применения тех или иных технологий обращения с ТБО для конкретного населенного пункта или региона.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, вторичное сырье, морфологический состав отходов, ресурсный потенциал отходов.
Морфологический состав твердых бытовых отходов и
проблемы его определения. Твердые бытовые отходы (ТБО) — достаточно специфический вид отходов, характеризующийся содержанием самых разнообразных компонентов сложного химического
состава. В связи с этим, а также с учетом возможных направлений использования и обезвреживания ТБО, для них более значимыми оказываются данные морфологического состава, нежели усредненные сведения об их химическом составе.
Морфологический состав твердых бытовых отходов — это содержание в них отдельных компонентов, значительно отличающихся между собой по происхождению, химическому составу и
свойствам. Синонимом можно считать понятие «компонентного
состава ТБО», в отличие от химического состава, характеризующего содержание тех или иных химических элементов.
Пример данных о морфологическом составе ТБО представлен в графическом виде на рисунке.
Традиционно в морфологическом составе ТБО выделяют от
десяти до пятнадцати компонентов: бумага, картон, пищевые от35
Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1
ходы, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, кости, стекло,
кожу и резину, камни, полимерные материалы, прочее (неклассифицируемые материалы) и отсев (фракция менее определенного
размера, по разным источникам от 15 до 50 мм) [1—4].
Рис. Морфологический состав ТБО г. Перми
Методические основы определения морфологического состава можно найти в нескольких рекомендациях [2—4]. Однако
эти методики по определению морфологического состава ТБО
зачастую не могут быть использованы, так как не содержат руководства по практическому выполнению исследований. Поэтому возникает необходимость самостоятельно определять те или
иные практические аспекты экспериментального исследования
(например, перечень определяемых компонентов или точность
измерения), что в свою очередь приводит к тому, что исследования, выполненные разными специалистами, зачастую не могут
быть обобщены или адекватно сравнены.
Европейские документы, регулирующие проведение экспериментальных исследований морфологического состава ТБО —
REMECOM-European Measurement — for Characterisation of Domestic Waste (ADEME, 1998), SWA-Tool, Methodology for the
Analysis of Solid Waste (European Commission, 2004), Standard
Test Method for Determination of the Composition of Unprocessed
Municipal Solid Waste (ASTM International, 2003) — отличаются
более общими подходами, что позволяет получать сравнимые
результаты.
На практике выбор методологии определения морфологического состава ТБО зависит от поставленных целей и технической возможности.
36
Управление бытовыми и промышленными отходами
Вариабельность морфологического состава ТБО. Морфологический состав современных ТБО значительно отличается от
того, что был несколько десятилетий назад. Широкое использование упаковочных материалов и полуфабрикатов в повседневной жизни большинства жителей привело к одновременному
росту содержания бумаги и полимеров в ТБО и практически
полному исчезновению такой традиционной категории, как
«кости». Популяризация одноразовых предметов гигиены привела к целесообразности выделения такой категории в составе
твердых бытовых отходов, как «одноразовые подгузники», содержание которых в современных ТБО может составлять 2—3 %
от массы всех отходов и даже более.
Изменение структуры потребления товаров можно наблюдать не только рассматривая разные временные периоды, но и
переходя от одного населенного пункта к другому (табл. 1). Несмотря на общие тенденции изменения морфологического состава твердых бытовых отходов, показатели содержания отдельных
компонентов для разных городов и регионов могут различаться
в несколько раз и даже десятки раз. Значимыми при этом оказываются такие факторы, как климатические условия, уровень
жизни населения и, что не менее значимо, уровень развития
рынка вторичного сырья. Кроме того, морфологический состав
твердых бытовых отходов также зависит и от источника их образования (см. табл. 1).
Таблица 1
Вариабельность морфологического состава ТБО, % по массе
1980—
2000—
1990 гг. 2010 гг.
Пищевые отходы
33
15
Бумага, картон
39
23
Полимеры
5
15
Черные металлы
3
2
Цветные метал1
<1
лы
Текстиль
3
5
Древесина
2
1
Стекло
3
15
Кожа, резина
1
2
Кости
1
<1
Прочее
3
12
Отсев
6
9
ИТОГО
100
100
Компонент
Население
35
22
10
1
Инфра- г. Москг. Львов
структура
ва
8
17
44
51
19
6
11
15
9
2
1
1
4
4
<1
<1
4
2
12
2
2
1
6
100
2
3
4
1
1
1
12
100
1
<1
18
1
<1
16
12
100
2
1
8
1
<1
13
15
100
37
Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1
В связи с этим получение адекватных и актуальных данных о морфологическом составе ТБО для конкретного региона
или населенного пункта возможно только по результатам его
экспериментального определения, а использование справочных
данных (например, по другим городам или странам) может привести к таким погрешностям, что полученные результаты окажутся не отвечающими действительности. Кроме того, можно
говорить, что данные о морфологическом составе ТБО остаются
актуальными 3—5 лет, после чего, вероятно, следует ожидать,
что сведения окажутся устаревшими.
Обладая достаточно широкой вариабельностью, морфологический состав ТБО имеет исключительное значение для всей
системы обращения с отходами.
Обоснование системы сбора и транспортирования ТБО.
Значение сведений о морфологическом составе ТБО при обосновании системы сбора и транспортирования ТБО актуально, в
первую очередь, при решении вопроса о целесообразности и
своевременности внедрения раздельного сбора и вывода отходов,
а также основных показателей данного мероприятия.
Объективным пределом эффективности раздельного сбора
отходов, характеризуемой процентом отбора вторичного сырья,
является фактическое содержание полезных компонентов в отходах — даже самая эффективная система раздельного сбора отходов не позволит извлечь вторичного сырья больше, чем его
реально образуется.
Понимание того, какими будут потоки вторичных ресурсов
и отходов при внедрении раздельного сбора отходов особенно
актуально, так как:
1) объем и качество получаемых вторичных ресурсов
должны соответствовать реальному спросу на рынке вторичного сырья;
2) при технической организации раздельного сбора необходимо понимать, сколько и каких контейнеров понадобится, как
часто необходимо будет вывозить отходы, сколько техники и
рабочей силы для этого потребуется, какой производительности
должна быть линия досортировки отходов и т.п.;
3) показатели экономической эффективности (себестоимость, рентабельность и т.п.) напрямую зависят от объемов и
качества вторичного сырья, которое может быть получено.
Оценить количественные и качественные показатели потоков
вторичного сырья, которые могут быть получены при внедрении
раздельного сбора отходов, можно на основании исследований
объемов отдельных потоков и их морфологического состава.
38
Управление бытовыми и промышленными отходами
Обоснование системы использования и обезвреживания
ТБО. Современные концепции обращения с отходами, как правило, базируются на максимальном использовании ресурсного
потенциала компонентов, входящих в состав ТБО. При этом состав отходов, поступающих на переработку, влияет на степень
отбора вторичного сырья на мусоросортировочных заводах, определяет калорийность отходов при использовании термических
методов утилизации и эффективность процессов разложения
при использовании биотехнологий и, как следствие, влияет на
технико-экономические показатели той или иной технологии.
Рассмотрим значимость сведений о морфологическом составе при обосновании данных технологий подробнее.
Определяющим фактором при организации сортировки
ТБО является количество извлекаемого вторичного сырья из
потока отходов. Зная морфологический состав отходов, поступающих на сортировку, можно оценить возможный процент извлечения вторичного сырья по следующей формуле:
n
Ризвл = kсорт ⋅ ∑ (ki ⋅ Pi ),
i =1
где Ризвл — процент извлечения вторичного сырья (отношение
суммарной массы извлекаемого вторичного сырья к массе сортируемых отходов), мас.%;
kсорт — коэффициент эффективности процесса сортировки;
n — общее число извлекаемых компонентов;
ki — коэффициент извлечения i-го компонента;
Pi — содержание i-го компонента в сортируемых отходах,
мас.%.
Коэффициент эффективности процесса сортировки kсорт за-
висит от многих факторов, в том числе:
1) от скорости движения отходов по сортировочному конвейеру: чем медленнее движутся отходы, тем лучше они разбираются по компонентам;
2) от толщины слоя отходов на конвейере: чем меньше
слой отходов на сортировочном конвейере, тем тщательнее разбираются отходы.
Однако повышение эффективности процесса за счет снижения скорости приводит к снижению производительности, поэтому на практике ориентируются не на высокую эффективность сортировки, а на максимальную производительность. Ко39
Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1
эффициент эффективности процесса ручной сортировки на
практике составляет 0,4—0,8.
Коэффициент извлечения i-го компонента ki зависит от нескольких факторов, в том числе:
1) от природы компонента (подвержен или нет намоканию,
гниению и т.п.);
2) характеристики ТБО (исходная влажность, фракционный состав и т.п.);
3) сезона года и погодных условий (намокание, смерзание
и т.п.);
4) системы сбора и вывоза отходов (общий или раздельный
сбор отходов, степень уплотнения отходов при транспортировке,
наличие перегрузки и т.п.).
Коэффициенты извлечения отдельных компонентов ТБО
при ручной сортировке смешанных ТБО приведены в табл. 2.
Таблица 2
Коэффициенты извлечения отдельных компонентов
Компонент
Макулатура
Пленка
Коэффициент
Примечание
извлечения
0,2—0,5
Обычно сильно загрязнены пищевыми
отходами
0,3—0,6
ПЭТ бутылка
0,6—0,8
Стекло
0,3—0,8
Черные металлы
0,6—0,8
Цветные металлы
0,2—0,8
Выбираются достаточно хорошо, что
связано с типичными размерами данных компонентов и их устойчивостью
к намоканию при контакте с влажными отходами
Использование магнитного сепаратора
повышает процент отбора, однако снижает качество отбираемого сырья
Извлекается преимущественно алюминиевая банка
При ручной сортировке ТБО общее число извлекаемых
компонентов n ограничивается числом постов для отбора вторсырья (на практике используются от 6 до 12), поэтому определяется на этапе проектирования мусоросортировочного завода
(МСЗ). Число извлекаемых компонентов выбирают, исходя из
производительности МСЗ (как правило, чем выше производительность, тем больше компонентов отбирается) и спроса на отдельные материалы на рынке вторичного сырья.
40
Управление бытовыми и промышленными отходами
Процент извлечения вторичного сырья на МСЗ, перерабатывающих отходы различного морфологического состава, сильно
варьируется и составляет от 10 до 40 %.
Как уже было сказано, эффективность сортировки во многом определяется процентом извлечения вторичного сырья, который в свою очередь зависит также и от применяемой системы
сбора отходов. Раздельный сбор отходов позволяет изначально
сократить поток отходов, направляемых на сортировку и повысить ее эффективность.
Целесообразность использования термических методов утилизации ТБО напрямую зависит от теплоты сгорания отходов,
а теплота сгорания отходов, в свою очередь, тем выше, чем
больше содержание макулатуры и полимеров в составе ТБО.
Теплота сгорания ТБО варьируется от 5 до 20 МДж/кг, в
зависимости от морфологического состава. Теплота сгорания
(кДж/кг) отдельных компонентов ТБО:
пищевые отходы ....................... 3500—4000
макулатура .............................. 14000—15000
полимеры................................. 27000—28000
текстиль .................................. 14000—15000
древесина................................. 14000—15000
резина ..................................... 23000—24000
Исходя из морфологического состава ТБО, можно оценить
их теплоту сгорания по следующей формуле:
n
(Тсгор i ⋅ Pi )
i =1
100
Tсгор ТБО = ∑
,
где Tсгор ТБО — теплота сгорания ТБО, кДж/кг;
n — общее число извлекаемых компонентов;
Тсгор i — теплота сгорания i-го компонента, кДж/кг;
Pi — содержание i-го компонента в сортируемых отходах,
мас.%.
Устойчивое самостоятельное горение ТБО возможно при
теплоте сгорания более 7—8 МДж/кг. При более низкой теплоте
сгорания (что характерно для влажных отходов, отходов с высоким содержанием пищевых остатков и т.п.) термическое обезвреживание отходов возможно только при использовании дополнительного топлива.
Процент выхода продукта (компоста) — отношение суммарной массы продукта к массе исходных отходов (выраженное
в процентах):
41
Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1
n
Рразл = kразл ⋅ ∑ (ki ⋅ Pi ),
i =1
где Рразл — процент выхода продукта (компоста), мас.%;
kразл — коэффициент эффективности процесса;
n — общее число разлагаемых компонентов;
ki — коэффициент разложения i-го компонента;
Pi — содержание i-го компонента в сортируемых отходах,
мас.%.
Использование биотехнологий целесообразно для ТБО с
высоким содержанием пищевых и растительных отходов, когда
извлечение вторичного сырья или энергетическая утилизация
отходов неэффективны.
Таким образом, выбору технологии обращения с ТБО
должно предшествовать исследование морфологического состава
отходов, которое позволяет определить целесообразность применения того или иного метода использования и обезвреживания.
Выводы. Определение морфологического состава ТБО должно
предшествовать разработке концепции по обращению с отходами
для города или региона. Только актуальные и достоверные сведения о компонентном составе отходов позволяют адекватно оценить
их ресурсный (материальный и энергетический) потенциал и доказательно обосновывать применение тех или иных технологий
использования или обезвреживания. В частности, сведения о содержании отдельных компонентов позволяют прогнозировать экологическую и экономическую эффективность сортировки, компостирования или сжигания отходов.
Библиографический список
1. Коммунальная экология. Энциклопедический справочник /
А.Н. Мирный [и др.]. — М.: Прима-Пресс-М, 2007. — 808 с.
2. Методика исследования свойств твердых отбросов. — М.: Стройиздат, 1970.
3. ПНД Ф 16.3.55—08. Твердые бытовые отходы. Определение морфологического состава.
4. Методика определения морфологического состава, норм накопления твердых бытовых отходов и крупногабаритного мусора для жилого
сектора и объектов общественного назначения, торговых и культурнобытовых учреждений в городе Перми: утв. Постановлением администрации города от 30.06.2008 № 609.
Получено 14.01.12
42